package segmentTree;

/**
 * @program: play-structure
 * @author: baichen
 * 通过静态数组及递归实现线段树,求线段和
 **/
public class SegmentTree<E> {
    private E[] tree;       //看作满二叉树,用数组存储
    private E[] data;
    private Merge<E> merge; //整合接口

    //构造函数传入merge这个接口
    public SegmentTree(E[] arr, Merge<E> merge) {
        this.merge = merge; //提供整合方法，具体做什么运算在用户调用的时候定义
        data = (E[]) new Object[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            data[i] = arr[i];
        }
        tree = (E[]) new Object[4 * arr.length];//最坏情况下顶多也只有这么多节点，4n
        buildSegmentTree(0, 0, arr.length - 1);    //边界
    }

    // 在treeIndex的位置创建表示区间[l...r]的线段树
    private void buildSegmentTree(int treeIndex, int l, int r) {

        if (l == r) {        //递归到底的情况【节点存储元素本身，不是区间】
            tree[treeIndex] = data[l];
            return;
        }
        int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
        int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
        int mid = l + (r - l) / 2;       // int mid = (l + r) / 2;,防止整型溢出
        // 递归调用，下一个区间从[l,mid][mid+1,r]
        buildSegmentTree(leftTreeIndex, l, mid);
        buildSegmentTree(rightTreeIndex, mid + 1, r);
        //整理两个线段，相当于tree[leftTreeIndex]+tree[rightTreeIndex]
        tree[treeIndex] = merge.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
    }

    public int getSize() {
        return data.length;
    }

    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= data.length)
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
        return data[index];
    }

    // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的左孩子节点的索引
    private int leftChild(int index) {
        return 2 * index + 1;
    }

    // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的右孩子节点的索引
    private int rightChild(int index) {
        return 2 * index + 2;
    }

    // 查询并返回区间[queryL, queryR]的值
    public E query(int queryL, int queryR) {            //边界检查

        if (queryL < 0 || queryL >= data.length ||
                queryR < 0 || queryR >= data.length || queryL > queryR)
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");

        return query(0, 0, data.length - 1, queryL, queryR);
    }

    /**
     * @param treeIndex 查询开始的节点
     * @param l         线段树的左区间边界
     * @param r         线段树的右区间边界
     * @param queryL    查询的区间的左边界
     * @param queryR    查询的区间的右边界
     * @return 查询结果
     * 在以treeIndex为根的线段树中[l...r]的范围里，搜索区间[queryL...queryR]的值
     * 要注意这里传的是索引，即数组中对应的索引，所以会得到对应的值
     */
    private E query(int treeIndex, int l, int r, int queryL, int queryR) {
        if (l == queryL && r == queryR)        //递归到底的情况
            return tree[treeIndex];

        int mid = l + (r - l) / 2;
        // treeIndex的节点分为[l...mid]和[mid+1...r]两部分
        int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
        int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
        //查询的区间都在当前节点的右孩子区间中
        if (queryL >= mid + 1) {
            return query(rightTreeIndex, mid + 1, r, queryL, queryR);
        } else if (queryR <= mid) { //查询的区间都在当前节点的左孩子区间中
            return query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, queryR);
        }
        //查询的区间在当前节点的左右孩子区间中，要拆分两部分查询
        E leftResult = query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, mid);
        E rightResult = query(rightTreeIndex, mid + 1, r, mid + 1, queryR);
        return merge.merge(leftResult, rightResult);    //整合，具体要做哪种整合由用户调用时决定
    }

    // 将index位置的值，更新为e
    public void set(int index, E e) {

        if (index < 0 || index >= data.length)
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal");

        data[index] = e;
        set(0, 0, data.length - 1, index, e);
    }

    // 在以treeIndex为根的线段树中更新索引为index的值为e
    private void set(int treeIndex, int l, int r, int index, E e) {
        if (l == r) {
            tree[treeIndex] = e;
            return;
        }
        int mid = l + (r - l) / 2;
        // treeIndex的节点分为[l...mid]和[mid+1...r]两部分
        int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
        int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
        if (index >= mid + 1) {
            set(rightTreeIndex, mid + 1, r, index, e);
        } else { //index<=mid
            set(leftTreeIndex, l, mid, index, e);
        }
        tree[treeIndex] = merge.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
    }

    //打印数组即可
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append('[');
        for (int i = 0; i < tree.length; i++) {
            //数组元素可能为空
            if (tree[i] != null)
                res.append(tree[i]);
            else
                res.append("null");
            //不是最后一个元素
            if (i != tree.length - 1)
                res.append(", ");
        }
        res.append(']');
        return res.toString();
    }
}
